国内外MTOMTP技术进展.docx

1、国内外MTOMTP技术进展国内外MTO、MTP技术进展1 能源形势分析 能源是经济和社会发展的基础，能源的生产与供应一直受到各国政府的高度重视，而石油更是能源中各国关注的焦点，为争夺石油资源而发动战争的时有发生。石油化工主要产品烯烃(乙烯、丙烯)的发展与石油密切相关，因此，能源形势分析一直是各国经济研究权威机构研究的重点。 1.1 国际能源状况 世界能源委员会(WEC)研究结果认为，2020年前世界一次能源供应仍将以化石能源为主，在今后20年内，世界能源需求估计会增长50%以上，达到28000万桶油当量/d，煤炭将占消费总量的24%-25%：石油生产因受资源缺乏的困扰，估计只能开采40年左右，

2、石油生产与消费面临严峻的形势。 表1 2001年1月1日世界化石能源剩余可采储量、储采比序号国家煤炭石油天然气储量(108t)储采比(a)储量(108t)储采比(a)储量(1012t)储采比(a)世界总计9842.1227142139.9150.191美国2466.42533710.44.748.7612俄罗斯1570.15006720.648.1483.73中国11451163320.21.3749.3 由上表可见，世界化石能源按目前的开采量计算，石油可采40年，天然气可开采61年，而煤炭可开采227年。预测煤炭将重新成为世界主要能源而受到普遍重视。 1.2 中国能源状况 (1)中国一次能源

3、生产和消费一直以煤炭为主，煤炭生产在能源中占的比重为70%-75%，这种状况在今后较长的时间内不会有大的变化。 表2 中国历年一次能源产量及结构年份源总产量原煤原油天然气水电104标准煤产量(104)比重(%)产量(104)比重(%)产量(108m3)比重(%)产量(108kWh)比重(%)199512903413607375.31500516.6179.471.919166.2199613261613967075.01573317.0201.142.018805.8199713241013730074.11607417.3227.032.119606.5199812425012500071.

4、91610018.5323.82.519897.1199910912610450068.31600021.0252.03.119667.620001069889980066.61630021.8177.43.422248.2200111700012334067.71649020.6302.73.424038.3200213870013934069.61689016.8326.303.3278010.3200317280017368171.71693214.67341.32.73281010.9200419056419560073.21745013.25407.72.85307810.3 由表2

5、可见，煤炭对中国经济可持续发展具有十分重要的意义，煤炭和洁净煤技术是通向能源可持续发展的桥梁。中国能源以煤炭为主的形势不会有大的变化。 (2)由表1可见，中国石油资源人均占有量很少，按目前开采量计算仅能开采20年，煤炭则可开采100年以上。我国解决能源供应的立足点主要是煤炭，这是由能源资源所决定的无可争议的事实。因此，国家提出“节能优先、效率为本、煤为基础、多元发展”的能源战略方针。 (3)中国石油消费增长很快，原油生产增长缓慢，石油供应面临严峻形势。我国从1993年由石油出口国变为石油净进口国以来，石油进口量增长很快，2003年进口原油9112万t，出口813.33万t，净进口量8298.6

6、7万t；比2002年增长33.4%；2004年原油进口量为12281.54万t，比上年增长34.8%，成品油净进口量为3054.5万t，比上年增长1倍多。原油加成品净进口量达到14786.9万t。中国已成为仅次于美国的第二大石油进口国和石油消费国。 2004年中国自产原油17450万t，石油总消费量为32236.9万t，对外依存度达到45.87%；专家预测到2020年中国石油对外依存度将达到60%-62%，一旦石油进口受阻，将对中国经济安全和国防安全造成重大影响。 为应对石油供应的严峻局面，国家正在研究多方案多元化解决石油的问题，其中包括煤液化制油，煤制甲醇、MTO、MTP技术正是适应了这一需

7、要。 表3 中国石油产量、进出口量、消费量统计表(万t)年份20002001200220032004原油原油产量1609016490168901693217450原油进口量7020.536025.546940.77911212281.6原油出口量1043.77755.06720.81813.33549.2原油净进口量5982.765270.486219.968298.6711732.4成品油成品油进口量2144.892035.228243788成品油出口量923.941070.811339.5728.54成品油净进口量1017.241220.95964.391484.53054.5原油加成品油

8、挣进口量69606491.437184.359783.1714786.9原油表观消费量22072.7621760.4823109.9626715.1729731.6 综上所述，中国要实现经济可持续发展，首先要能保持能源可持续发展，特别是保证石油供应满足国内市场的需求。面对石油供应及高价格的严峻形势，中国石油化工所需原料不能仅仅依赖石油，必须走多元化的路子，其中煤炭就是符合中国国情的选择。 2 MTO、MTP技术开发概况 2.1 MTO、MTP的含义 MTO(Methanol To Olefins)其含义是由甲醇制造烯烃(乙烯、丙烯、丁烯等)的技术。 MTP(Methanol To Propyl

9、ene)其含义是由甲醇制造丙烯的技术。实际上MTP生产丙烯的同时还付产一部分汽油、液化气(LPG)。 2.2 MTO、MTP技术开发成功的意义 乙烯、丙烯是石油化工产品的基础和龙头，是衡量一个国家石油化工产业和经济发达程度的标志。 (1)MTO、MTP技术的开发成功，可以实现不用石油而是以甲醇为原料生产烯烃(乙烯、丙烯)和含氧化合物(醇、醚、醛、酸等)，再进一步加工成各种石油化工产品，可使烯烃价格摆脱石油价格的影响。为石油化工产品的生产开辟了一条不用石油的新路子，这对缓解我国石油供应紧张，促进石油化工产品的发展，具有十分重要的战略意义。 (2)以煤为原料，通过煤气化制成合成气，再用合成气制甲醇

10、，该技术是成熟可靠的。甲醇通过MTO、MTP技术转化为烯烃(乙烯、丙烯)的技术国内外已进行了小试和中试并开发成功，国外MTO大型工业化生产装置正在尼日利亚进行建设。MTP工业化装置正在伊朗进行建设，中国也已开始进行工业化试验装置建设。因此MTO、MTP技术，将为利用中国丰富的煤炭资源发展石油化工提供了新的可供选择的技术路线。 (3)2004年国际原油价格由1986年的10美元/桶，猛增至2004年的55-58美元/桶，目前仍维持-50美元/桶的高价位。低价石油的时代一去不复返了。石油价格长期持续上涨，拉动石油制烯烃价格大幅上扬，2004年以来国内聚乙烯、聚丙烯市场销售价格一直维持在10500-

11、11500元/t的高价。石脑油裂解生产烯烃的成本急剧上升，使甲醇生产烯烃技术有了用武之地，其生产成本具有很强的竞争力。随着第一套工业化装置投产成功，MTO、MTP技术将会出现一个较快的发展时期。 2.3 乙烯、丙烯市场前景 (1)世界市场 2003年世界乙烯产量为10312.2万t，60%用于生产聚乙烯，产量为6054.4万t，比上年增长7.8%；预计2010年乙烯产量将达到12000万t以上；2003年丙烯产量6185.2万t，2010年将达到8500万t以上，亚洲地区需求增长最快，年均增长率为6%-7%。 (2)中国市场 2003年中国乙烯产量为611.82万t，乙烯当量消费1620万t，

12、进口乙烯当量1008.18万t，乙烯对外依存度高达62.2%；1998-2003年中国乙烯需求年均增长15.9%，超过GDP增长速度。由此可见中国烯烃市场前景看好，需求增长很快。 2004年中国乙烯生产能力为591万t，产量为626.6万t，开工率达106%，超过设计能力6.0%。市场需求预测到2010年将以年均7%-8%的速度递增。2004年聚乙烯产量441.3万t，比上年增长6.8%：进口量528.3万t，表观消费量969.6万t；对外依存度为56.8%：2010年前国内需求量将年均8%-10%的速度递增。 2004年中国聚丙烯产量474.9万t，进口289.86万t，表观消费量为764.

13、8万t，对外依存度为37.9%。 2.4 MTO技术概况 MTO技术目前仅有美国UOP公司(环球石油公司)和中国科学院大连化学物理研究所两家研究单位于20世纪90年代进行技术开发，取得几乎同样的试验结果。而UOP公司在工程技术开发方面具有优势。 (1)美国UOP公司MTO技术 1988年UOP公司兼并了Union Carbide(联合碳化学公司)的分子筛部，发现SAPO-34分子筛催化剂(硅铝磷酸盐)对于甲醇转化为烯烃有很好的选择性，并进行了实验室研究，在美国芝加哥建立了小试装置，反应器为流化床，反应温度450-550，反应压力0.1-0.5MPa，在小试验的基础上，1992年UOP与挪威No

14、rsk Hydro公司合作共同开发MTO技术，对催化剂制备，性能试验，催化剂再生，能量利用、工程化等问题进行了深入试验研究，取得试验成果，形成了UOP/HYDRO MTO专利技术。此后又在挪威Prosgrann建立了小型工业演示装置，甲醇进料量为0.75-1.0t/d，采用流化床反应器和再生器，改进的SAPO-35催化剂，操作压力1.0-3.0MPa，反应温度400-500，可灵活调整乙烯/丙烯比例(1-1.5)，甲醇转化率为100%，烯烃选择性大于80%，产品乙烯、丙烯可满足聚合级要求。装置运行6个月以上，对催化剂和工艺流程进行了考核验证，取得了大量设计数据，证明该技术是可行的。1995年1

15、1月在南非第4届世界天然气转化会议上，UOP宣布MTO技术已取得成功。 UOP认为：MTO和FCC的操作条件差不多，只是MTO是放热反应，FCC是吸热反应，因此MTO反应器要增加取热设施付产蒸汽，MTO产品气的冷却，烯烃分离，氧化物脱除等可以借鉴FCC的工程经验，在装置放大上不会有问题。 据介绍MTO工艺对原料甲醇的适用范围较大，可以用粗甲醇(浓度80%-82%)，燃料级甲醇(浓度95%)和AA级甲醇(浓度99%)。 UOP公司已完成尼日利亚MTO项目POP包设计。反应器进料量为7500t/d(甲醇采用托普索的工艺技术)，年需甲醇240万t，其产品方案如下：本方案产品总量为101.7万t，平均

16、每吨产品耗甲醇2.36t。以每吨乙烯、丙烯计则耗甲醇3t。据UOP公司介绍，甲醇生产成本为85-100美元/t时，混合烯烃的生产成本为300-335美元/t，投资回收率大于15%；尼日利亚在建的MTO装置投资为4.5亿美元(包括公用工程)，其中工程设计费及一次装填催化剂的费用占15%左右。预测经济效益是好的，与石脑油制烯烃相比有较强的竞争能力。 乙烯、丙烯80万t 丁烯 10.8万t/a 天然气甲醇240万t/aMTOC5 4.9万t/a LPG 6.0万t/a 水 138.82万t/a (2)中科院大连化物所MTO技术 大连化物所20世纪80年代研究开发了MTO固定床反应器和ZSM-5及其改

17、性催化剂，90年代开发了流化床和小孔径SAPO-34分子筛催化剂。 1993年大连化物所完成固定床(1t甲醇/d)中试，采用改性ZSM-5系列催化剂；1995年在上海青浦化工厂完成SDTO流化床中试，并通过鉴定。甲醇进料60-100kg/d，甲醇转化率100%；采用SAPO-34系列催化剂，烯烃选择性可达84%-85%，1996年获科学技术进步奖。至此由甲醇或二甲醚生产烯烃的MTO、SDTO技术中试工作已经完成。 21世纪初进一步开发成功微球催化剂DO123，该催化剂反应性能更优异，适于高线速度或大空速条件下操作，反应原料不需要稀释，既适用于二甲醚，也适用于甲醇原料，热稳定性好、耐磨损、易再生

18、、价格便宜，烯烃(C2-C4)选择性高达89.68%，每吨烯烃耗甲醇2.567t。MTO反应器反应温度为480-550，反应压力0.04-0.05MPa。固定床中试采用两个反应器串联，第一步甲醇脱水生成二甲醚，第二步二甲醚转化为烯烃。 1991年以来，大连化物所MTO/SDTO技术已申请25项专利，拥有自主知识产权。目前正在建设万吨级MTO工业试验装置，为大型工业化装置建设提供设计数据。 从MTO中试装置所取得数据比较，美国UOP和大连化物的技术水平相当，只是在催化剂的使用寿命上略有差异。 3 MTP技术概况 德国鲁奇公司是世界上唯一开发成功MTP技术的公司，该公司还拥有大型甲醇(mega m

19、ethanol)低压合成技术，日产5000t的大型甲醇装置于2004年6月在南美特里尼达投入生产，日产量达到5112t，另1套同样规模的甲醇装置于2005年3月在伊朗投入运行，大型甲醇技术与MTP技术两者结合，可以建设大型MTP工业装置。 (1)德国鲁奇公司于20世纪90年代开始研究甲醇制造烯烃技术，并与Sudchemie公司合作开发成功了改性ZSM-5分子筛催化剂，其甲醇转化率大于99%，对丙烯的选择性达到71%-75%。采用3台固定床反应器，2台操作，1台再生。为了控制反应器床层温度以获得高的丙烯选择性，各床层均采用冷进料激冷，操作稳定，容易放大。固定床反应器操作压力0.35MPa，温度4

20、30-450。中试装置建在德国法兰克福，试验运行超过9000h，重点对催化剂进行了试验并采集相关数据。 鲁奇公司以MTP技术与挪威海德鲁(Hydro)公司合作，于2001年建立了工业示范装置(Demo unit)，设计能力甲醇进料量为12L/h(9.5kg/d)生产丙烯3-4kg/h，截至2004年3月己运行11000h，催化剂测试时间大于7000h，为大型工业化设计取得了大量数据，完成了试验任务后，该示范装置已于2004年7月拆除，设备运回德国法兰克福鲁奇公司试验中心。 (2)鲁奇公司正在与伊朗石油公司合作，建设甲醇进料120L/h(95kg/h)的工业示范装置，其规模是挪威Hydro公司试

21、验装置的10倍，现已进入设备采购阶段。另外正在伊朗建设-20万t甲醇进料的MTP工业化项目，所产丙烯用于制造丙烯下游产品。MTP工业化生产装置的工艺设计已经完成。 鲁奇公司的MTP技术基本成熟，反应器为固定床，放大风险小，有南非F-T合成固定床放大3800倍的经验(已运行12年之久)可以借鉴。 MTP所用催化剂的开发和工业化规模生产由供应商(sud-Chemie)完成，采用德国南方公司生产的沸石催化剂、与南非合成油催化剂很相似。 (3)MTP产品方案 反应器甲醇进料量为5000t/d，166.7万t/a。 烟煤甲醇166.73万t/aMTP丙烯52万t/a聚丙烯52万t/a 汽油13.1万t/

22、a LPG6.9万t/a 水93.6万t/a 图2 本方案产品总量为72万t/a，平均每吨产品消耗甲醇2.315t；若以每吨丙烯计算消耗甲醇为3.206t。 (4)经济分析 项目总投资91.6亿元(含甲醇投资)，若甲醇成本按1000元/t计算，则聚丙烯工厂完全成本为3562元/t，销售价按7000元/t计算(目前市场价10500元/t)，其结果：投资利税率29.6%，投资利润率20.9%，内部收益率23.8%，借款偿还期7.81年。经济效益是好的，其生产成本比石脑油制烯烃低20%-25%，有较强的竞争能力。 4 几点建议 (1)中国市场对烯烃需求增长快、用量大，50%靠进口。由于中国石油资源不足，大量发展石油制烯烃受到石油供应的制约，因此积极创造条件，在煤炭丰富且开采成本低的煤矿区，建设以煤为原料的大型甲醇装置和MTO、MTP工业装置，按煤矿-甲醇-MTO(MTP)一体化的模式进行建设，走出一条不用石油生产烯烃的新路子来。 (2)在引进世界先进技术的同时，应加快国内技术工业化的步伐，缩小与国外技术的差距，形成中国自己的知识产权。 (3)国家应选择1-2个条件好的煤矿区进行试点，并在资金和政策上给予支持。